Biofyzika

Předmět biofyzika poskytuje studentům fyzikální výklad vybraných biologických a fyziologických dějů a znalosti základních fyzikálních měřicích metodik. Cílem výuky biofyziky je vybavit studenty fyzikálními znalostmi, základy metodiky vědecké práce, základy přístrojové techniky a návyky pro správné vedení experimentů, tak jak to vyžadují navazující předměty i farmaceutická praxe. Biofyzika je v hlavní míře přípravný předmět. Osnovy předmětu byly proto vytvořeny po pečlivé analýze obsahu výuky všech oborů přednášených na Farmaceutické fakultě, tak aby optimálně připravily studenty pro jejich další vzdělávání.

Sylabus předmětu

Základy teorie chyb

Absolutní chyba, relativní chyba, hrubá chyba, systematické chyby, náhodné chyby, aritmetický průměr, standartní chyba aritmetického průměru, grafické zpracování výsledků měření

Měření vybraných fyzikálních veličin

Měření hmotnosti – váhy pákové, pružinové a torzní, tenzometrické – mechanismus měření

Měření hustoty-pyknometrická metoda, metoda ponorného tělíska, Mohrovy vážky – mechanismus měření

Měření viskozity – Newtonův zákon viskozity, rotační viskozimetry, tělískové viskozimetry, Stokesův zákon, výtokové a kapilární viskozimetry, Hagen - Poiseuillův zákon

Kalorimetrická měření – měrná tepelná kapacita, Dewarova nádoba, směšovací kalorimetr, elektrický kalorimetr – princip měření 

Refraktometrie – Snellův zákon, mezný úhel, Abbého refraktometr -  princip měření 

Polarimetrie – optická aktivita látek, kruhový polarimetr - princip měření

Spektrofotometrie – Lambertův a Lambert – Beerův zákon, absorbance, spektrofotometr – princip měření

Radioaktivita a volné radikály

Volné radikály - vznik, jejich původ v těle, 

Radioaktivita - typy radioaktivní přeměny, biologické účinky záření deterministické a stochastické

Ionizující záření v diagnostice a terapii

Ionizující záření – druhy, využití a zdroje v medicíně

Rtg záření – vznik, brzdné záření, rentgenový přístroj, rentgenka, vznik rentgenového obrazu, záznam obrazu - skiaskopie a skiagrafie, digitální rtg

Výpočetní tomografie (CT) – principy, lineární zeslabení rtg paprsku

Ionizující záření v terapii – radioterapie – teleterapie a brachyterapie, význam pro onkologii

Ultrazvuk (UZ)

Vlastnosti UZ, UZ vlna na akustickém rozhraní, využití v diagnostice – echografie, typy UZ sond,

Dopplerovské zobrazení – spojitý a pulsní režim, UZ v terapii

Magnetické resonanční zobrazování (MRI)

Nukleární magnetická resonance (NMR) – princip metody, paralelní a antiparalelní orientace vodíkových jader, precesní pohyb, Larmorova frekvence, úhrnný magnetický moment tkáně, relaxace

Biologické membrány a transport

Biomembrána- model fluidní mozaiky, funkce, lipidová dvojvrstva – složení a stavba

Transport látek přes membránu – pasivní transport - difúze, osmóza, Donnanova rovnováha, aktivní transport, skupinová translokace, transport pomocí membránových váčků, transport pomocí specifických přenašečů

Kompartmentová analýza

Mechanika tekutin a biofyzika proudění tělních kapalin

Hydrodynamika - klasifikace kapalin, rovnice pro ideální a newtonovské kapaliny – rovnice kontinuity, Bernoulliho rovnice, proudění ideálních kapalin, rovnice pro viskózní kapaliny – Navier – Stokesova rovnice, viskozita, proudění reálných kapalin, Hagen –Poiseuillův zákon, Stokesův zákon

Proudění tělních tekutin – srdce a srdeční cyklus, kvantifikace srdeční činnosti, krev a krevní tlak, hydromechanické zákony významné pro popis průtoků a tlakových poměrů v krevním řečišti

Mechanika pevných těles a základy reologie

Mechanika pevných těles - klasifikace pevných těles, struktura pevných těles, deformace a mechanická namáhání – absolutní a relativní deformace, normálové a tečné napětí, vztah mezi deformací a namáháním (strain-stress křivka), Hookeův zákon pro různé typy namáhání

Základy reologie – význam, reologické rozdělení těles, reologická elementární tělesa a reologické modely, křivky toku

Termodynamika

Veličiny stavové a dějové, termodynamické soustavy, ideální plyn, teplota, teplo, práce, děje izotermické, izobarické, izochorické adiabatické, vratné a nevratné procesy, kruhový děj, Carnotův cyklus

Optika a biofyzika vidění

Optika – spektrum a vlastnosti elektromagnetického záření, šíření světla – lom a odraz světla, disperze světla, optická spektra, vlnová optika- interference, difrakce a polarizace světla, základy paprskové optiky, kvantová optika¨

Biofyzika vidění – stavba oka, optický systém oka, blízky a vzdálený bod, akomodační šíře, zraková ostrost, stavba sítnice, mechanismus funkce tyčinek a čípků, refrakční vady oka

Akustika a biofyzika slyšení

Akustika - akustické vlnění, vlnění v bodové řadě – harmonický pohyb, interference vlnění, rychlost vlnění, energie vlnění, intenzita zvuku, akustická spektra, fyziologická akustika – výška zvuku, hlasitost

Biofyzika slyšení – vznik lidského struktura a funkce ucha, mechanismus slyšení, audiometrie

Mikroskopy

Světelné mikroskopy - popis, zobrazení a chod paprsků, zvětšení a rozlišovací mez světelného mikroskopu, objektivy světelných mikroskopů, speciální typy světelných mikroskopů

Elektronové mikroskopy – transmisní elektronový mikroskop, rastrovací elektronový mikroskop, mikroskopie atomárních sil – popis a princip 

Centrifugy

Konstrukce, princip činnosti – kruhový pohyb, rychlost sedimentace částic, použití a základní typy centrifug

Praktická cvičení z biofyziky

  • Měření hustoty
  • Měření viskozity
  • Měření tepla - kalorimetrie
  • Měření lomu světla - refraktometrie
  • Měření optické otáčivosti - polarimetrie
  • Měření světelné absorpce - spektrofotometrie
  • Měření srdečního tlaku a tepu
  • Biofyzika vidění
  • Audiometrie
  • Vliv velikosti molekuly na rychlost difúze

Literatura

  • Ďoubal S., Horáčková I.: Vybrané kapitoly z biofyziky, Farmaceutická fakulta UK, Hradec Králové, 2006.
  • Ďoubal S., Horáčková I.: Biofyzika pro studenty farmacie, Karolinum, Praha, 2000 .
  • Kuchařová M. a kol: Praktická cvičení z biofyziky, Karolinum, Praha, 2009.
  • Navrátil L., Rosina J. a kol.: Medicínská biofyzika, Grada, Praha, 2005.
  • Ďoubal S., Klemera P.: Repetitorium středoškolské fyziky, GAIA, 2005.
  • Beneš J., Stránský P., Vítek F.: Základy lékařské fyziky, Karolinum, Praha, 2007.

© 2019 Univerzita Karlova, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové | O webu a cookies | Kentico CMS